
- •2. Динаміка
- •2.1. Сила як джерело руху.
- •2.2. Закони Ньютона
- •2.2.1. Перший закон Ньютона:
- •2.2.2. Другий закон Ньютона:
- •2.2.3. Третій закон Ньютона.
- •2.3. Імпульс та закон збереження імпульсу
- •2.3.1. Імпульс сили та імпульс тіла
- •2.3.2. Закон збереження імпульсу
- •2.4. Центр мас (інерції)
- •2.5. Реактивний рух
- •2.5.1. Рівняння Мещерського.
- •2.5.2. Формула Ціолковського для максимальної швидкості
- •2.6. Сили в природі
- •2.6.1. Фундаментальні взаємодії у природі.
- •2.6.2. Сили тертя та сили опору.
- •2.6.3. Сили інерції
- •2.7. Робота сили та її обчислення. Потужність. Енергія
- •2.7.1. Робота й потужність.
- •2.7.2. Кінетична та потенціальна енергія тіла.
- •2.7.3. Робота зовнішньої сили. Механічна енергія
- •2.7.4. Закон збереження енергії
- •2.8. Пружні деформації
- •2.8.1. Пружна деформація, закон Гука
- •2.8.1.1. Енергія пружної деформації
- •2.10.Центральний удар двох куль
- •2.10.1.Центральний абсолютно пружний удар двох куль.
- •2.10.2. Центральний не пружний удар двох куль.
- •2.10.3. Частково пружний удар, коефіцієнт відновлення.
- •2.11. Принцип відносності Галілея
- •2.12.Динаміка обертового руху
- •2.12.1. Момент сили
- •2.12.2. Момент імпульсу
- •2.12.3. Другий закон Ньютона для обертового руху
- •2.12.4. Кінетична енергія тіла, що обертається
- •2.12.5. Момент інерції деяких тіл
- •2.12.5. Теорема Штейнера
- •2.13. Закон збереження моменту імпульсу
- •2.14. Маятник Обербека
- •2.15. Силові поля. Зв’язок сили та потенціальної енергії
- •2.16. Рівновага в механіці
- •2.17. Механіка руху рідини
- •2.18. Рівняння Бернуллі
2.10.1.Центральний абсолютно пружний удар двох куль.
Нехай
дві кулі з масами m1
та m2
перед співударянням рухаються
горизонтально із швидкостями
та
.
Їх енергія складається з кінетичної
та
відповідно.
Після співударяння кулі знову будуть
рухатися горизонтально із швидкостями
U1
та U2,
маючи кінетичну енергію
та
відповідно. Запишемо рівняння збереження
імпульсу та енергії
,
(1)
.
(2)
Проведемо ряд очевидних послідовних перетворень цих рівнянь
,
(3)
.
(4)
Розділивши ліві та праві частини (3) та (4), маємо:
,
(5)
або
.
(6)
Вираз
(6) визначає, що відносні швидкості тіл
до і після удару однакові. Підставимо
з (5) у
(1) і послідовними перетвореннями
знайдемо
,
(7)
.
(8)
Знайдемо з (7-8) швидкості тіл після удару, коли V2=0 і m2 > m1
,
.
В цьому випадку перша куля відскочить від другої у протилежному напрямку.
2.10.2. Центральний не пружний удар двох куль.
При цьому ударі тіла деформуються в точці дотику і потім рухаються з однаковою швидкістю U. Рівняння збереження імпульсу має вигляд
,
і звідси
.
(9)
Робота А, витрачена на деформацію, дорівнює різниці енергій шарів до удару і після удару
,
і
після підстановки значення
з (9) одержимо
.
2.10.3. Частково пружний удар, коефіцієнт відновлення.
При частково пружному ударі не повністю відновлюється відносна швидкість системи. Можна покласти, що
,
де
коефіцієнт відновлення швидкості. З
рівняння збереження імпульсу тепер
можна знайти швидкості тіл після удару
,
(10)
.
(11)
Рівняння збереження енергії тепер запишеться як
.
(12)
П
ідставляючи
(10-11) у (12) одержимо величину роботи А на
не пружну деформацію тіл
.
(13)
Робота А чисельно дорівнює втраті тілами кінетичної енергії.
Зауважимо, що при k=1 удар буде абсолютно пружним, при k=0 не пружним і при 0 k 1 частково пружним.
2.11. Принцип відносності Галілея
2.11.1. Механічний принцип відносності Галілея полягає у тому, що усі механічні явища в різних інерційних системах протікають за однаковими для цих явищ законами за змістом і формою.
Перетворення координат Галілея: час у різних інерційних системах протікає однаково t=t', а координати при переході з нерухомої системи відліку до рухомої (див. мал. 21) перетворюються лінійно:
,
де
швидкість рухомої системи відносно
нерухомої.
З цього виразу можна одержати рівняння перетворення швидкостей
.
В цьому виразі
абсолютна швидкість,
тобто швидкість тіла в нерухомій системі
відліку,
швидкість
тіла в рухомій системі відліку, яку
називають відносною.
Такі ж вирази можна одержати і для
прискорень
,
.
2.11.2. Рівняння
другого закону Ньютона в нерухомій
системі відліку має вигляд
m,
в рухомій
,
де
сила інерції.
У випадку, коли
система K'
інерційна, тобто
,
то
,
і рівняння другого закону Ньютона
зберігають свій вигляд як у нерухомій
так і у рухомій інерційній системі
відліку. Це і пояснює принцип відносності
Галілея.
2.12.Динаміка обертового руху
2.12.1. Момент сили
В
обертовому русі замість сили
використовується момент сили
,
а замість імпульсу
вживається момент імпульсу
.
Момент сили
визначається так, щоб вектори кутової
швидкості та кутового прискорення, які
виникають внаслідок його дії, збігалися
з напрямком
.
Таким чином зазначеній умові відповідає
момент сили
,
який дорівнює векторному добуткові
радіус-вектора
точки прикладання сили відносно початку
відліку О (див. Мал. 22) й вектора сили
.
(1)
,
причому плече сили дорівнює висоті
паралелограма, опущеної на основу F.
Дві
рівні за величиною сили
,
що лежать в одній площині і діють на
тіло в протилежних напрямках, називаються
парою сил.
Їх моменти сил відносно точки О будуть
,
а результуючий момент
за величиною
,
де
плече сили F1,
плече сили F2,
плече пари сил, а F=F1=F2.